Jag älskar den här frågan!

Jag undervisar kemi på olika nivåer och detta koncept kring ATP-hydrolys orsakar fler problem för mina elever än någon annan. Ofta är det första gången en student möter ett konkret exempel på bindning (i en Biologiklass) och de går så ofta bort med fel uppfattning om processerna för bindningsbildning och brytning.

att bryta ett band isolerat frigör aldrig energi. Bindning är ett stabilt tillstånd jämfört med de obundna arterna, där motsatta laddningar är närmare varandra när de är bundna jämfört med obundna och hela systemet har en lägre (elektrisk) potentiell energi. Bindningen bruten i hydrolysen av ATP är inte annorlunda. Det är en ganska svag bindning, men kräver fortfarande energi att brytas.

anledningen till att det finns energi som frigörs i processen är att de bildade produkterna (ADP och vätefosfat/fosfat) har starkare kovalenta bindningar (plus intermolekylära krafter med den omgivande lösningen och upplösta joner) än utgångsmaterialen. Detta är fallet för alla exoterma processer. När du bryter P-O-bindningen i ATP bildas en ny P-O-bindning i vätefosfatet, men du måste också titta på växelverkan mellan utgångsmaterialen jämfört med produkterna med lösningen. Vi bör också notera att vattnet som attackerar fosfatgruppen i hydrolysreaktionen då måste deprotoneras och den bildade vätefosfatjonen kommer delvis att dissociera till fosfat, så det händer mycket!

det är också värt att notera att när människor säger ”energi frigörs i ATP-hydrolys” hänvisar de normalt till Gibbs fri energi, vilket också inkluderar bidraget från systemets entropiförändring (gånger temperatur) samt entalpiförändringen (bestämd av bindning och annan elektrostatisk interaktionsstyrka). När det gäller ATP-hydrolys har vi under de flesta förhållanden också en ökning av systemets entropi och detta driver processen att vara ännu mer exergonisk (gynnsam, kan användas för att driva andra processer) än entalpin ensam skulle föreslå.

vänligen förstå: kemin som är involverad här är faktiskt väldigt komplex och den totala användbara energin som görs tillgänglig beror på många faktorer utöver utgångsmaterialets och produkternas strukturer. För att verkligen förstå ATP-hydrolys krävs kunskap om alla arters koncentrationer (eftersom detta påverkar drivkraften) inklusive olika upplösta Joniska arter som normalt inte ingår i den enkla reaktionsekvationen.

för att svara på din sista del frigör bindningsbildning från isolerade arter alltid energi eftersom motsatta laddningar närmar sig varandra och potentiell energi minskar.